Stadt Bayreuth

12.11.2012

Neuer Schub für Energieeffizienz aus Bayreuth

Fördermittel aus dem Bayerischen Wirtschaftsministerium ermöglichen dem Fraunhofer-Zentrum für Hochtemperaturleichtbau in Bayreuth ein neuartiges Verfahren zur Optimierung von industriellen Wärmeprozessen zu entwickeln

Fördermittel aus dem Bayerischen Wirtschaftsministerium ermöglichen dem Fraunhofer-Zentrum für Hochtemperaturleichtbau HTL in Bayreuth, ein neues, ganzheitliches Verfahren zur Optimierung von industriellen Wärmeprozessen zu entwickeln. Ziel des Projekts ist es, den Energieverbrauch und die CO2-Emissionen beispielsweise bei der Herstellung von Keramik drastisch zu senken.

In vielen Industriebereichen stellt der Energieverbrauch in der Produktion heute schon einen wesentlichen Kostenfaktor dar. Und im Hinblick auf die Einsparziele der Bundesrepublik bei den CO2-Emissionen spielt Energieeffizienz in der Produktion eine zentrale Rolle. Mehr als 12 % der in Deutschland verbrauchten Primärenergie entfallen dabei auf industrielle Wärmeprozesse. Allein Hochtemperaturprozesse oberhalb von 1000 °C benötigen schon 7 % des Primärenergieeinsatzes – 1000 Peta Joule, das entspricht der Leistung von 30 großen Kraftwerken. Eine Erhöhung der Energieeffizienz bringt also unmittelbaren Nutzen für die CO2-Bilanz und hilft bei der Energiewende.

Hochtemperaturprozesse werden auch bei der Keramikherstellung benötigt. Gerade in Nord- und Ostbayern sind die Keramikindustrie und ihre Zulieferer traditionell stark, hatten aber in den letzten Jahren zunehmend unter dem internationalen Wettbewerbsdruck zu leiden. Hier will das Bayreuther Fraunhofer-Zentrum HTL einen Beitrag zur Verbesserung der Situation leisten und entwickelt ein neues Verfahren, mit dem CO2-Emissionen und Energieverbrauch bei der Keramikherstellung gesenkt werden können.

Aufgrund früherer Untersuchungen am Zentrum HTL und seinem Mutterinstitut, dem Fraunhofer ISC in Würzburg, ist bekannt, dass der tatsächliche Energieaufwand beim Brennen technischer Keramik – die Fachleute sprechen vom Sintern – etwa um den Faktor 10 bis 30 höher ist als physikalisch nötig. „Wir konnten bei unseren Industriepartnern in den Vorläuferprojekten vereinzelt schon 40 % der für das Sintern benötigten Energie einsparen, ohne großen investiven Aufwand und bei optimaler Qualität der Keramiken“, schildert Dr. Friedrich Raether, Leiter des Fraunhofer-Zentrums HTL, das hohe Potenzial. Dieser Erfolg wirkt sich natürlich auch unmittelbar auf die CO2-Bilanz der Produkte aus – ein Punkt, der auch für die Produzenten technischer Keramik zunehmend wichtiger wird, weiß Raether: „Immer mehr Kunden unserer Projektpartner verlangen eine CO2-Bilanz der ihnen zugelieferten Produkte“. So wird die Energieeffizienz nicht nur zum Kostenfaktor, sondern auch zum Wettbewerbsvorteil.

Möglich wurde das durch genaue Analyse der Temperaturprozesse und des Materialverhaltens sowie ausgeklügelter Computersimulationen. Angesetzt wird dabei vom Fraunhofer-Zentrum HTL auf zwei Ebenen: Einerseits werden die Materialeigenschaften und das Verhalten des Brennguts beim Brennvorgang ermittelt. Aus diesen Messdaten wird ein Computermodell zum Temperaturverhalten des Brennguts entwickelt. Andererseits werden auch die Temperaturverteilung im Brennofen und seine Charakteristik gemessen. Mit diesen Daten lassen sich über eine Computersimulation die optimalen Einstellungen des Temperaturzyklus und der Positionierung des Brenngutes im Ofen vorhersagen. So können qualitativ hochwertige Produkte so energieeffizient wie möglich hergestellt werden.

In dem neuen großangelegten Forschungsprojekt sollen nun in Bayreuth die bisherigen Erkenntnisse für einen ganzheitlichen Ansatz zur Optimierung von Produktqualität, Energieeffizienz und Nachhaltigkeit zusammengeführt werden. Ziel ist, aus den bisherigen Einzelbetrachtungen durch ergänzende Untersuchungen und Modelle ein übertragbares Verfahren zu entwickeln, das nicht nur für bestimmte keramische Bauteile oder Öfen gilt, sondern universell für Wärmebehandlungsprozesse auch in anderen Branchen einsetzbar ist.

„In die Berechnungen zur Energieeffizienz und CO2-Bilanz sollen zum Beispiel nun auch die Ofenkomponenten selbst miteinbezogen werden. Wir betrachten also, welche Komponenten besonders beansprucht oder verschleißanfällig sind, wie viel Energie bei ihrer Produktion eingesetzt wird und welche Alternativen ihre Haltbarkeit und Funktionalität verbessern“, so Raether. Gleichzeitig können aus dem Verfahren Optimierungsmöglichkeiten für die Konstruktion der Öfen abgeleitet werden. Damit können den Ofenherstellern wertvolle Hinweise für Verbesserungen ihrer Produkte hinsichtlich Energieeffizienz und Qualität gegeben werden. Darüber hinaus soll das neue Verfahren auch auf die Wärmebehandlungsprozesse in der Metallveredelung übertragen werden – zum Beispiel auf das Glühen von Halbzeugen.

Das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie fördert diese zukunftsweisende Entwicklung mit insgesamt 9,5 Millionen Euro über einen Zeitraum von 5 Jahren. „Mit diesem ganzheitlichen Verfahren zur energieeffizienten Wärmeenergienutzung wird das Fraunhofer-Zentrum HTL zum führenden Ansprechpartner der Industrie im Bereich der Wärmebehandlungsprozesse, ein wichtiger Schritt für den jungen Fraunhofer-Standort Bayreuth“, freut sich Prof. Gerhard Sextl, Leiter des Würzburger Mutterinstituts Fraunhofer ISC. Das Fraunhofer-Zentrum HTL etabliert damit neben den keramischen Verbundwerkstoffen ein weiteres wichtiges Thema für die Keramikbranche in Bayreuth.

(Quelle: Presseinformation des Fraunhofer-Zentrums für Hochtemperatur-Leichtbau in Bayreuth)